淺談物理科學方法顯性化教學的藝術

張甜云 袁海泉

[摘 要]隨著物理科學方法隱性化教學中存在的教學目標不明確和教學效果不明顯等問題的日益突出，物理科學方法顯性化教學受到越來越多的關注，但是對物理科學方法顯性化教學的方法與技巧的討論不太豐富。文章將結合案例論述物理科學方法顯性化教學的藝術，以便物理科學方法顯性化教學在課堂教學中更好地落實。

[關鍵詞]物理科學方法；顯性化；教學；藝術

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）29-0036-03

所謂物理科學方法就是運用現有的物理知識對物理進行深入的學習和研究，找到解決物理問題的基本思路和方法。簡單點說，物理科學方法就是研究物理現象、描述物理現象、實施物理實驗、總結物理規律、檢驗物理規律時所應用的各種方法和手段。

物理科學方法教學是指在物理教學過程中，結合物理知識有目的、有計劃地滲透和傳授物理科學方法，使學生受到科學方法的熏陶和訓練，達到促進知識的學習、能力的培養和科學素養的提高的目的。物理科學方法顯性化教學就是在進行物理科學方法教學時，明確指出這種物理科學方法的名稱，傳授與該方法相關的知識，揭示方法的內涵，說明方法的使用條件。顯性化教學主張大張旗鼓地開展科學方法教學，它的形式是外顯化的，強調的是傳授和訓練。顯性化教學方式下物理科學方法的教學目標更明確，教學要求更高。具體的物理科學方法顯性化教學可以從以下幾方面著手。

一、介紹物理學史，點出物理科學方法

在物理課堂教學中樹立歷史的觀點是物理教學對物理教育工作者的要求。開發和利用蘊含在科學研究過程中的物理科學方法，展示科學家的思維過程，能使學生更全面系統地體會物理科學方法。關鍵就是教師在教學時向學生介紹相關的物理學史，點出物理學史中所涉及的科學方法，并向學生解釋該科學方法。

比如在“牛頓第一定律”這一節教學中，教師首先介紹伽利略理想實驗的物理學史：伽利略讓一個小球沿斜面從靜止狀態向下運動，小球將沖上另一個斜面，如果沒有摩擦，小球將上升到原來的高度；減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍將到達同樣的高度，但這時它將運動得遠些；繼續減小第二個斜面的傾角，小球仍將到達同樣的高度并且運動得更遠。若將第二個斜面變成平面，小球將一直運動下去。再介紹什么是理想實驗法：在實驗基礎上經過概括、抽象、推理得出規律，但得出的規律卻又不能用實驗直接驗證的方法叫理想實驗法。接著再演示實驗。

通過介紹物理學史，學習物理科學方法，可以激發學生的學習興趣，加深學生的印象。但是在這一過程中教師要有意識地營造有利于對學生進行物理科學方法教育的環境和氛圍，只有這樣，學生才會對所教科學方法有深刻的印象，并能逐步體會和掌握。

二、運用異中求同，復習物理科學方法

物理科學方法具有高度的抽象性，學生需要經過長期的、多次的、多角度的學習才能夠真正掌握。在大量的、表面上看起來毫無聯系的物理問題中，往往可以找到解決這些問題所用到的相同的科學方法。在課堂教學中，物理科學方法的教學就可以從表面上看起來毫無聯系的物理問題的解決中發現相同的物理科學方法。這種教學方式就是異中求同。

在進行功率概念教學時，教師問：（1）小明的教室在五樓，通常他上樓需兩分鐘，有一次他跑步上樓只花了一分鐘。這兩種情況下，哪種上樓方式做功快？（2）人挖土和挖土機挖土，哪種方式做功快？（3）怎么樣比較做功快慢？

生：相同功比時間，相同時間比功。

教師繼續提問：功和時間都不同的話怎么比？我們曾經學過類似的比較快慢的方法，請大家回憶一下。

學生回憶：學習速度時，路程相同比時間，時間相同比路程，路程時間都不同時，比較路程與時間的比值（速度）。

師：用的是什么方法？

生：比值定義法。

師：很好，我們曾用單位時間內通過的路程來表示物體運動的快慢，與此類似，我們也可以用單位時間內做的功來表示做功的快慢。這種方法叫作比值定義法。物理學中，功與做功時間的比值叫功率。

此方法的優點是運用已學物理科學方法學習新的內容，加深學生的印象，更有利于學生對物理科學方法的掌握。學生在學習了這種科學方法之后，在以后的學習當中，遇到難的知識點，就會自己聯系前面學過的簡單知識點。在物理上很多方法都會一直用到，從最簡單的控制變量法，到之后的比值定義法，學生在學會這種方法之后會受益良多。異中求同這種教學方式可以讓學生領略物理科學方法的抽象性、靈活性，經過多次的、多角度的科學方法教育，提升學生對科學方法的理解。

三、通過問題誘導，引出物理科學方法

問題誘導就是指在物理課堂教學這樣一個特定的、有目的的教學過程中，教師為了達到一定的教學目標、完成教學任務，圍繞某個問題或問題連續體進行物理課堂教學，使學生在具體的物理問題情境中、在教師的引導幫助下主動地思考、探究，通過學生親自參與的探究，最終解決問題，實現科學方法的教學。教師在進行物理科學方法教學時，要讓問題誘導學生進入物理情境、回憶相關經驗、展開思維活動、尋找科學方法并尋求對問題的解釋，緊緊圍繞問題這個核心展開教學。

在“質點”概念的教學中，利用問題誘導方式進行的教學過程如下。

師：北京到南京距離約為1200km，一列長為400m的火車在兩地之間運行。若要在10個小時的時間內完成整個運行過程，則火車運動的平均速度至少是多少？

生：平均速度至少為120km/h。

師：你們是怎么算的？

生：路程除以時間。

師：路程是多少？

生：1200km。

師：那么火車的長度400m為什么不算在路程里呢？

生：北京到南京的距離為1200km，而火車自身的長度才400m，這400m對整個運行的距離和時間影響很小，可以忽略不計。

師：如果同樣還是這列火車，我站在火車旁不動，測量出火車經過我的身旁用了3分鐘。問火車在這段時間內的平均速度為多少？

生：這段時間內的平均速度約為2.2m/s。

師：這次能不能忽略火車的長度呢？

生：不能。若忽略了火車的長度，這個問題就沒有辦法解決了，就沒意義了。它主要是考慮到火車的長度，才能用這種方法測量火車的速度。

師：很好。你們能用天體運動的知識來說說什么是一年？什么是一天嗎？

生：地球繞著太陽公轉一圈的時間是一年，地球自轉一圈的時間是一天。

師：在我們考慮地球繞太陽公轉問題的時候，我們考慮地球自轉的影響了嗎？

生：沒有考慮。這個時候我們可以把地球當作一個點在繞著太陽運動。

師：那么我們在考慮一天時間的長短的時候，主要考慮的是什么？

生：主要考慮的是地球的自轉。

師：這個時候能不能還把地球當作一個點來處理呢？

生：不能。

師：好。那么，我們能不能從這兩個實例總結一下什么時候我們能夠忽略一些因素，把物體當作一個點，我們的依據是什么？

生：如果一些因素對問題的計算影響不大，就能忽略。反之，則不能忽略。能不能把一個物體當作點主要取決于要解決的問題。

師：對。當一些因素對我們所研究的科學問題來說是次要因素時，可忽略不計。只考慮主要因素的影響，而忽略次要因素的影響，這種科學方法就叫作理想化的方法。它是我們在研究復雜的世界時常用的一種物理科學方法。這種方法忽略次要因素、突出主要因素，可以把我們的問題簡化，便于抓住本質、解決問題。對物體來說，如果物體的形狀、大小或體積對我們所研究的問題是次要因素，在忽略了物體的形狀、大小和體積之后，可以只把物體看作有質量的一個點，這樣的理想模型就叫作質點。

問題對學生的思維活動和實際活動起著重要的導向作用，會引導學生的思維活動過程，為學生的思維加工提供明確而具體的方向。問題也能夠激發學生的學習興趣，激發學生思考和探索的動機。而且解決任何問題，都是在已有的知識經驗基礎上進行的，通過問題誘導策略，恰能有效引發學生對相關內容的反思，喚起原有的知識經驗。

四、參與過程體驗，學習物理科學方法

過程體驗就是指要讓學生親身經歷解決問題的過程，并且在此過程中聯系已有的知識經驗，形成自己對遇到的新問題的解決思路、要采取的科學方法等認知，并通過問題的解決，順利實現帶有個人體驗的科學方法和新知識的意義建構學習。

在探究影響摩擦力大小的因素中，可利用過程體驗處理教學過程。

教師先讓學生做個小活動：手按在書本封面上摩擦，手在桌面上摩擦，再用點力使手在桌面上摩擦，讓學生根據自己的感受猜想影響摩擦力大小的因素，一般學生會猜想跟接觸面大小和接觸面粗糙程度都有關系，然后教師問“如果摩擦力大小跟這兩個因素都有關系，怎么研究？”學生回想之前學過的知識，答出“用控制變量法進行實驗”。教師再講解一遍控制變量法的定義：它就是在研究多個物理量之間的關系時，先研究其中兩個量的關系，保持其余量不變，再改變研究的兩個物理量，并保證其余的量不變，最后將研究的結果綜合在一起，從而得出多個量之間的關系。然后讓學生自己設計實驗運用控制變量法探究。

此設計的優點就是全程讓學生參與思考，動手實驗，得出結論，這樣的設計有利于學生掌握物理科學方法，而且也體現了學生的主觀能動性，確保了學生的主體地位。物理是一門以實驗為基礎的科學，學生參與過程就是參與實驗。比起直接給出實驗結論，讓學生跟著教師得出的結論，這樣學生的記憶會更加深刻。同時還可以鍛煉學生的動手能力和思考能力。

五、通過歸納總結，明確物理科學方法

這種方法就是教師先進行教學，教學后歸納所用到的物理科學方法。歸納總結分兩種情況，第一種是教師歸納總結，第二種是教師引導學生進行歸納總結。在此，以教師歸納總結為例進行教學設計。

在牛頓第二定律的教學中，學生第一次接觸比例系數法。在上一節課的教學中，教師運用多媒體播放了演示實驗，根據圖像關系，引導學生總結a、m與F可能存在的關系，學生得出a∝F/m的結論。所以在進行這節課的教學時，教師首先帶著學生回憶上節課所學的內容，然后引導學生通過正比例關系式y=kx，則得出F=kma的關系。接著對牛頓第二定律F=kma進行講解（強調F為物體所受的合外力、a為研究對象因F作用而產生的加速度、m為研究系統的總質量）。通過討論對比可以知道，k是一個比例系數，國際上k=1，那么為什么呢？接下來向學生講解k=1的原因（習慣上所有的物理量都取國際單位，即質量m的國際單位是kg，加速度a的單位是m/s2，但是當時力F的概念還沒有被提出，所以人們就規定了，什么是力呢？我們認為使質量為1kg的物體由靜止狀態到獲得1m/s2的加速度所需要的勁兒就是大小為1kg·m/s2的力，這個國際單位就是牛頓（N）。由于k是一個比例系數，并沒有實際意義，在上式中就可以使k=1，上式就簡化為F=ma）。最后教師總結，得出公式F=kma的方法叫比例系數法。

總結歸納也是科學教學必不可少的一個環節，畢竟一節課有45分鐘，所有的學生都不能保證在這段時間內都能集中注意力，那么勢必會遺漏一些。對于這個問題，總結歸納就是一個很好的方法，最后的總結，教師會提出本節課的學習內容，重點是什么，這樣對于每一位學生都是一個很好的幫助，這就是它的優點所在。

在中學物理教學中，物理科學方法的顯性化教學很有必要。但是教師要注意不能單純地只講科學方法，而要將物理知識教學與物理科學方法教學有機結合，要有意識地讓學生掌握科學研究的基本方法，將其內化為學生自己的思維方式，促進學生科學素養的提升。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張憲魁.物理科學方法教育[M].青島：中國海洋大學出版社，2000.

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[3] 李莉.高中物理課堂中滲透科學方法教學的研究與實踐[D].蘭州：西北師范大學，2007.

[4] 侯愛琴. 高中物理科學方法顯性教育的實踐研究：以高中物理力學部分為例[J].物理教師，2014（8）：8-11.

（責任編輯 易志毅）